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发电机、变压器与母线保护 编写 李玉海 发电机保护 第一节 基本概念 一 发电机 发电机的作用是将汽轮机或水轮机输出的机械能变换成电能。 1 主要构成 发电机主要由定子和转子两部分构成。在定子与转子间留有适当的间隙，通常将该间隙 称作为气隙。 极对数为1 的三相交流同步发电机的结构示意图如图1 所示。 在定子铁芯上设置有槽，每个定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中设置有定子绕组。每 台发电机的定子绕组为三相对称式绕组，如图1 中的a-x、b-y、c-z 所示。所谓三相对称绕 0 组是指三个绕组（即a-x、b-y、c-z）的匝数相等，其空间分布相对位置相距120 。在定子 铁芯的上槽与下槽之间设置有屏蔽层。 在转子铁芯上也有槽，槽内设置有转子绕组（如图1 中的W－j 所示）。 y . c N w j x . a . S z . b 图1 三相同步交流发电机结构示意图 为提高发电机的单机容量及降低铁芯及绕组的温度，各种发电机均设置有冷却系统。小 型发电机一般采用空气冷却方式，也有采用氢冷式；对于大型汽轮发电机，通常采用水内冷 及氢冷方式。 2 作用原理 在转子绕组中（图1 中的W－j）通入直流，产生一恒定磁场（其两极极性分别为N－S）。 发电机转子由汽轮机或水轮机拖着旋转，恒定磁场变成旋转磁场（通常称之气隙磁场）。转 子旋转磁场切割定子绕组，必将在定子绕组产生感应电势。 由于转子磁场在气隙中按正弦分布，而转子以恒定速度旋转，从而使定子绕组中的感应 电势按正弦波规律变化。 发电机并网运行时，定子绕组中出现感应电流，向系统输出电能。 3 发电机的额定转速 转子磁场旋转时，每转过一对磁极，定子绕组中的电势便历经一个周期。因此，定子绕 组中电势的频率可由每秒钟转过磁极的极对数来表示。设发电机的极对数（即一个N、一个 S）为P，每分钟的转速为n， Pn 则频率 f 60 60f 转速 n „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ （1） P 1 汽轮发电机的极对数P＝1，当电网的频率f＝50 赫时，n＝3000 转/分。对于水轮发电 机，其极对数较多，故允许其转速转低，当P＝4 时，水轮机的转速n=750 转/分，当极对数 P＝24 时，其转速为125 转/分。 4 两种旋转磁场 （1）直流激磁旋转磁场 直流激磁旋转磁场，又叫机械旋转磁场。在同步发电机转子上装设有转子绕组，通入直 流后产生直流激磁的磁极，当转子旋转时，在气隙形成旋转磁场。该旋转磁场与转子无相对 运动。气隙旋转磁场的转速与转子的转速相同。发电机正常运行时，转速为同步速。 （2）交流激磁的旋转磁场 发电机定子三相对称电流流过三相对称绕组时，将在气隙中产生旋转磁场。该旋转磁场 由三相交流产生，故称交流激磁的旋转磁场。 发电机正常运行时，两种旋转磁场的转速均等于同步速，它们之间无相对运动。又因为